破浪航行雙體船的水動(dòng)力性能分析.pdf

1、船舶耐波性的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是船舶設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素之一。船舶在波浪中航行時(shí)，產(chǎn)生的垂蕩和縱搖等運(yùn)動(dòng)會(huì)造成船舶阻力增加；波浪沖上甲板發(fā)生的強(qiáng)非線性現(xiàn)象使得耐波性問題更加復(fù)雜。目前對于船舶耐波性的研究可分為物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種方法。物理模型實(shí)驗(yàn)可靠性高，但是成本高、周期長，易受到測量設(shè)備的限制。傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法大都基于勢流理論，忽略了流體粘性作用，很難考慮非線性影響。相比之下，基于粘性流理論的計(jì)算流體力學(xué)（Computational Flui

2、d Dynamics，CFD）可充分考慮粘性效應(yīng)和非線性效應(yīng)，因此得到了廣泛的關(guān)注。本文在系統(tǒng)地回顧和總結(jié)船體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和波浪增阻等水動(dòng)力學(xué)問題的基礎(chǔ)上，展開了如下研究工作：
　　首先，基于CFD軟件FINE/Marine建立了三維數(shù)值波浪水池，通過求解不可壓縮RANS（Reynolds-Average Navier-Stokes）方程和k-ω（SST-Menter）湍流模型模擬船體阻力和粘性流場。先對收斂性進(jìn)行了系統(tǒng)的驗(yàn)證，然后對

3、標(biāo)準(zhǔn)Wigley船在靜水中勻速航行問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，將得到的波切圖、波高圖、船體表面壓力分布圖和興波阻力等結(jié)果與模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了數(shù)值模型在興波問題上的計(jì)算精度。
　　其次，進(jìn)行了航行船舶輻射問題的數(shù)值模擬，模擬了不同頻率下Wigley船的強(qiáng)制垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)，計(jì)算了附加質(zhì)量和輻射阻尼系數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比驗(yàn)證了輻射問題的精度。再模擬Wigley船在不同波長的規(guī)則波下以固定航姿航行所受到的波浪激振力：垂蕩

4、力、縱蕩力和縱搖力矩，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證了繞射問題的精度。
　　而后，計(jì)算了其分別在線性波浪和非線性波浪中的船體運(yùn)動(dòng)和波浪增阻，將線性波浪中的結(jié)果與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了其模擬自由運(yùn)動(dòng)問題的精確性和可靠性；通過對比線性波浪和非線性波浪中計(jì)算結(jié)果的差別，來探究非線性效應(yīng)對波浪增阻的影響。
　　最后，模擬雙體Wigley船在靜水中航行的定常興波問題，計(jì)算興波阻力系數(shù)與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證了數(shù)值模型的適用性。然后計(jì)算雙體